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リチウムイオン電池の基礎

 


[ 目次へ] 3. リチウムイオン電池の特性
4. リチウムイオン電池の種類
5. 燃料電池はリチウムイオン電池を駆逐するか



4. リチウムイオン電池の種類

リチウムイオン電池にもいくつかの種類があります。

形状による分類


■ 円筒形
■ 角型(鉄缶、アルミ缶)
■ ラミネート型

筒型
円筒型がもっとも低コストで、かつ同体積では最も高容量になります。外形の寸法も安定しています。ただし多数のセルを組み合わせた場合には隙間ができ、密度が小さくなります。円筒型はすべて鉄缶です。  


角型は鉄缶とアルミ缶があり、最近は軽量化のため、アルミ缶が多くなってきました。鉄缶とアルミ缶では電池の極性が逆になります。(鉄缶では缶壁は−、ヘッダー部は+となり、アルミ缶では逆となります。)
角型は充放電サイクルに伴って厚さが膨らみます。厚さ5mmの缶が100サイクルの充放電後に厚さ6mmになることもあり、セットの設計はそれを考慮に入れて、隙間を持たせておく必要が有ります。

ミネート型
ラ ミネート型は角型の金属缶の代わりにラミネートフィルムを用いたものですが、内部の電解液を従来の金属缶のものと同じ液体にしたものと、ゲルの中に電解液を封じ込めたポリマー風のものがあります。いずれの場合でも、ラミネート型は角型同様、またはそれ以上に充放電サイクルによって厚さが増大していきます。

正極材料による分類


■ コバルト系
■ マンガン系
■ ニッケル系
■ 複合材料

リチウムイオン電池の正極材料で代表的なものは3種類あり、LiNiO2(ニッケル酸リチウム)、LiCoO2(コバルト酸リチウム)、LiMn2O4(マンガン酸リチウム)です。
LiNiO2はもっとも高容量ですが、安全性に問題があり、実用化は難しいといわれています。
LiMn2O4は安全性に最も優れ、かつ最も安価な材料ですが、容量が若干少ないことが欠点です。
結局LiCoO2が最もバランスの取れた正極材料として、これまでメインで使われてきましたが、コバルトが高価な材料であり、かつ価格の変動が大きいため、マンガン系を使いこなしていこうという動きが強くなってきています。
その一つの方法がマンガンとコバルト、もしくはマンガンとニッケル複合材です。
いずれの材料も充電電圧は4.2Vです。マンガン系は平均電圧が若干(0.1V程度)高く、ニッケル系は電圧が低いところで大きな容量を持っています。

負極材料による分類


■ グラファイト系
■ コークス系

負極材料として使われているのは、いずれもカーボン材ですが構造が異なるグラファイトとコークスです。最近は高容量が得られ、かつ低温での特性等に優れたグラファイトがメインに使われています。コークス系は放電による電圧の変化が大きいため、電圧で行う残量管理がやりやすいという特徴がありました。

以上を総合すると、現在主流のリチウムイオン電池は正極にコバルト系、負極にグラファイト系を用いた円筒型または角型のものということになります。携帯電話ではアルミ缶の角型が、ノートパソコンでは円筒型が主流です。

サイズの表記方法

円筒型リチウムイオン電池のサイズは以下のように表記されます。


直径(mm単位) + 長さ(0.1mm単位)
例 18650: 直径18mm、長さ65mm

ミリメータ単位の数値が、切り上げなのか、四捨五入なのかは決まっていません。例えば18650の直径は17.9mm〜18.3mmの間で各社各様です。

角型リチウムイオン電池の寸法表記はメーカーによって異なっています。もともと「幅 + 厚さ + 高さ (全てmm単位)」という動きがあったのですが、大手メーカーがすでに「厚さ(0.1mm単位) + 幅(mm単位) + 高さ(mm単位)」で表記していたこともあり、統一には到りませんでした。最近は後者の表記が多いようです。例えば「383450」は厚さ3.8mm、フットプリント(幅×高さ)が34mm×50mmです。角型のサイズはメーカー各社の製造品目を知らないと、読解不能です。

ラミネート形は角型に準じます。

リチウムイオン電池の標準的なサイズ


円筒型の標準的サイズ:18650 18500 17670 14650 14500
円筒型特殊サイズ(過去に例があるもの):26500 17650 14430 13490

角型の標準的サイズ:フットプリント34×50 30×48 厚さ3mm台〜10mm台



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